WO2009092711A1 - Laufrad für eine pumpe - Google Patents

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WO2009092711A1
WO2009092711A1 PCT/EP2009/050602 EP2009050602W WO2009092711A1 WO 2009092711 A1 WO2009092711 A1 WO 2009092711A1 EP 2009050602 W EP2009050602 W EP 2009050602W WO 2009092711 A1 WO2009092711 A1 WO 2009092711A1
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WO
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impeller
side cover
cover plate
pressure
suction
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/050602
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Feichtinger
Martin Schober
Original Assignee
Bitter Engineering & Systemtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bitter Engineering & Systemtechnik Gmbh filed Critical Bitter Engineering & Systemtechnik Gmbh
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Priority to AT09703931T priority patent/ATE549517T1/de
Priority to US12/735,522 priority patent/US20100316497A1/en
Priority to BRPI0906780-9A priority patent/BRPI0906780B1/pt
Publication of WO2009092711A1 publication Critical patent/WO2009092711A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2222—Construction and assembly

Definitions

  • the invention relates to an impeller for a pump, in particular for a cooling water pump of an internal combustion engine, with an impeller body with a hub, a suction-side cover plate with a central opening for sucking a pumped medium and at least one blade, which is integrally connected to the suction-side cover plate and the an inner portion in the region of the central opening and an outer portion in the region of the suction-side cover disk, wherein the blade in the inner portion is three-dimensionally curved and formed in the outer portion substantially two-dimensional.
  • the impellers of radial pumps are predominantly designed as so-called closed two-dimensional impellers. This means that blades are trapped between two shrouds, forming inside the impeller closed flow channels. Such closed impellers allow the achievement of good pump efficiencies.
  • the disadvantage is that the production of such wheels is expensive. Such a production can take place, for example, in a two-part form in that, on the one hand, a cover disk with blades formed thereon and, on the other hand, the other cover disk are produced separately and connected to the final running wheel.
  • a solution is shown for example in US 2,710,580 A.
  • DE 40 40 200 A shows such a solution in which the impeller has a pressure-side cover plate and a suction-side cover plate, between which the blades are arranged, wherein the suction-side cover plate has a central opening.
  • the vanes are arranged between the cover disks, wherein the suction-side cover disk has a central opening whose inner diameter is greater than the outer diameter of the pressure-side cover disk.
  • DE 197 42 023 A discloses a composite of several segments impeller, in which the individual parts are indeed easy to produce, but which is complex and correspondingly complex in total.
  • Another impeller with a total of three-dimensionally curved blades is described in JP 59-165895 A. Again, the production is correspondingly complex.
  • EP 1 552 161 B1 describes an impeller for a pump, which has a suction-side covering disk with a central opening for sucking in a conveying medium and at least one blade integrally connected with the suction-side covering disk.
  • the blades are curved three-dimensionally and are curved two-dimensionally in the outer portion in the region of the suction-side cover disk.
  • a multi-part centrifugal pump impeller which has blades with a pressure-side cover disk and a suction-side cover disk, wherein the suction-side cover disk is formed as a single part and connected to the impeller.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to achieve an improvement in the efficiency compared to known Laufradaus enclosureen with ease of manufacture of the impeller.
  • the impeller has a pressure-side cover plate which is formed as a separate part and rotatably connected to the impeller body and that the pressure-side cover plate on the side facing the blade at least one corresponding to the end face and the profile of the blade shaped groove-like depression for the blade for positive connection with this.
  • This allows the impeller with two- and three-dimensional efficiency optimized shaped blades are made in a simple manner, which are avoided by the pressure-side cover of the impeller flow losses to wake turbulence.
  • the impeller according to the invention thus combines the advantages of semi-open impellers with three-dimensionally curved blades with closed impellers.
  • the impeller Due to the semi-open design of the impeller, three-dimensionally curved blade structures can also be produced without problems even in mass production. Thereafter, the impeller is rotatably connected to the pressure-side cover plate, so that closed, spatially curved flow channels in the impeller arise.
  • the diameter of the pressure-side cover plate corresponds to at least the diameter of an adjacent annular space, which between Impeller shaft and housing is formed. If the annular space is bounded laterally by a shaft seal, then it can be provided that the diameter of the pressure-side cover disk substantially corresponds to the diameter of a shaft seal defining the annular space.
  • a manufacturing moderately simple embodiment of the invention provides that the pressure-side cover plate is made plan.
  • the wall thickness of the pressure-side cover plate corresponds approximately to the wall thickness of the suction-side cover plate.
  • Output-side pressure losses can be kept as small as possible if the diameter of the pressure-side cover disk substantially corresponds to the diameter of the suction-side cover disk. It is particularly advantageous if the flow surface of the pressure-side cover plate is formed running with the side surface of the output-side pressure spiral.
  • the impeller can be made in a two-piece mold and can be easily translated Both mold halves are demolded.
  • the impeller can be produced in a simple manner, for example in a die casting process or in a plastic injection molding process.
  • sheet metal forming techniques can also be used.
  • FIG. 1 shows a pump with an impeller according to the invention in a longitudinal section in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a pump with an impeller according to the invention in a longitudinal section in a second embodiment
  • FIG. 3 shows the impeller from FIG. 2 in a suction-side oblique view
  • FIG. 5 shows a pump with an impeller according to the invention in a longitudinal section in a third embodiment
  • FIG. 6 shows the impeller in a suction-side oblique view.
  • FIG. 7 shows the impeller in a pressure-side oblique view
  • FIG. 8 shows a pump with an impeller according to the invention in a longitudinal section in a fourth embodiment
  • FIG. 9 shows the impeller from FIG. 8 in a suction-side oblique view
  • FIG. 10 shows a pump with an impeller according to the invention in a longitudinal section in a fifth embodiment
  • FIG. 11 shows the impeller from FIG. 10 in a pressure-side oblique view
  • the radial pumps shown in the figures each consist of a housing 1, shown only partially, with a bearing part 2 and a housing outer wall 23.
  • a pump shaft 4 is mounted at one end of an impeller 5 is attached.
  • a pump cover 7 is fixed, which surrounds the suction chamber 8 of the pump.
  • the pressure chamber 9 of the pump is arranged.
  • a running example of a mechanical seal shaft seal 10 seals the suction chamber 8 and pressure chamber 9 relative to the bearing part 2 from.
  • the impeller 5 has an impeller body 5a with a hub 11 which is rotatably connected to the impeller shaft 4. From the outer periphery of the hub 11 go from blades 13, which are designed to convey the fluid. The blades 13 are integrally connected to a suction-side cover plate 14, which has a central opening 15, is sucked through the conveying medium. On the opposite side of the semi-open running wheel body 5a is rotatably connected to a pressure-side cover plate 24.
  • the pressure-side cover plate 24 can be connected by means of a press fit with the impeller body 5a.
  • the wall thickness Si of the pressure-side cover plate 24 corresponds approximately to the wall thickness S 2 of the suction-side cover plate 14. Die Size and the shape of the pressure-side cover plate 24 is different in the embodiments shown in FIGS. 1 to 11.
  • the blades 13 have an inner portion 13a in the region of the opening 15 and an outer portion 13b in the region of the suction-side cover plate 14.
  • the diameter d of the opening 15 in the exemplary embodiment is about half the diameter D of the impeller. 5
  • the inner portion 13a of the blades 13 is helically curved, but free of overlaps or overlaps in the axial direction, to ensure easy releasability.
  • the blades 13 apart from any cast bevels, a rectangular cross-section which is perpendicular to the suction-side cover plate 14, to ensure a simple demolding here too.
  • a convex surface 16 of the blades 13 extends smoothly from the inner portion 13a to the outer portion 13b. Opposite the convex surface 16, a concave surface 17 is formed. In the concave surface 17, an edge 18 is formed from the inner portion 13a to the outer portion 13b, which is required by casting.
  • the suction-side cover plate 14 is rounded in the transition to the opening 15 at 20 in order to achieve optimum flow deflection.
  • An axial projection 21 in the region of the opening 15 enables a possible flow optimization.
  • the blades 13 on the pressure side on an end face 22 which - at least partially - forms the support for the pressure-side cover plate 24.
  • the end face 22 may lie in a plane perpendicular to the axis 5 'of the impeller 5 (FIG. 1, as well as FIGS. 5 to 7) or be convexly curved towards the pressure-side cover disk 24.
  • Fig. 1 shows an embodiment in which the diameter di of the pressure-side cover plate 24 substantially corresponds to the diameter of the shaft seal 10, which is arranged in a spanned between the impeller shaft 4 and the housing 2 annular space 25. Swirling in the annular space 25 by the impeller 5 is avoided by the pressure-side cover disk 24.
  • Fig. 2 shows an embodiment in which the pressure-side cover plate 24 slightly convex and slightly concave to form flow channels on the blades 13 facing side 24a. This makes it possible to reduce the flow losses.
  • FIGS. 5 to 11 show embodiments in which the diameter d 1 of the pressure-side cover disk 24 is approximately the same as the diameter d 2 of the suction-side cover disk 14.
  • the pressure-side cover disk 24 has a white cover disk. significantly larger diameter than the annulus 25. This allows flow losses due to turbulence and detachments on the pressure side of the impeller 5 can be further reduced.
  • the pressure-side cover plate 24 is planar, also in Figs. 8 and Fig. 10, the pressure-side cover plate 24 on the impeller side facing concave shaped according to the flow channels of the impeller 5 to flow separation within the impeller 5 to avoid.
  • the pressure-side cover disk 24 has depressions 26 formed on the side 24 a facing the blades 13 corresponding to the end faces 22 of the blades 13.
  • the end faces 22 of the blades 13 come to lie in the recesses 26 of the pressure-side cover plate 24, whereby a positive rotational connection of the impeller 5 and the pressure-side cover plate 24 is made, wherein impeller 5 and the pressure-side cover plate 24 may be interconnected by a press connection. It is also possible to fix the impeller body 5a and the pressure-side cover plate 24 by a frictional and positive connection and both parts via a screw not shown on the impeller shaft 4.
  • impeller 5 With the described impeller 5 according to the invention pumps can be produced at extremely high efficiency cost, which exceeds the efficiency of pumps with closed impellers with two-dimensional blades. In this case, the impeller 5 due to its simple demolding availability is very easy to produce by casting. Moreover, such an impeller 5 has excellent cavitation properties.
  • the impeller 5 according to the invention is particularly suitable for the conversion and upgrade of pumps with a relatively large annulus 25, without the pump housing 2 must be replaced or changed.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (5) für eine Pumpe, insbesondere für eine Kühlwasserpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einem Laufradkörper (5a) mit einer Nabe (11), einer saugseitigen Deckscheibe (14) mit einer zentralen Öffnung (15) zum Ansaugen eines Fördermediums und mit mindestens einer Schaufel (13), die mit der saugseitigen Deckscheibe (14) einstückig verbunden ist und die einen inneren Abschnitt (13a) im Bereich der zentralen Öffnung (15) und einen äußeren Abschnitt (13b) im Bereich der saugseitigen Deckscheibe (14) aufweist, wobei die Schaufel (13) im inneren Abschnitt (13a) dreidimensional gekrümmt und im äußeren Abschnitt (13b) im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet ist. Um sowohl eine einfache Herstellbarkeit, als auch einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Laufrad (5) eine druckseitige Deckscheibe (24) aufweist, welche als separater Teil ausgebildet und fest mit dem Laufradkörper (5a) drehverbunden ist und dass die druckseitige Deckscheibe (24) auf der der Schaufel (13) zugewandten Seite (24a) zumindest eine entsprechend der Stirnfläche (22) und dem Profil der Schaufel (13) geformte nutartige Vertiefung (26) für die Schaufel (13) zur formschlüssigen Verbindung mit dieser aufweist.

Description

Laufrad für eine Pumpe
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpe, insbesondere für eine Kühlwasserpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einem Laufradkörper mit einer Nabe, einer saugseitigen Deckscheibe mit einer zentralen Öffnung zum Ansaugen eines Fördermediums und mit mindestens einer Schaufel, die mit der saugseitigen Deckscheibe einstückig verbunden ist und die einen inneren Abschnitt im Bereich der zentralen Öffnung und einen äußeren Abschnitt im Bereich der saugseitigen Deckscheibe aufweist, wobei die Schaufel im inneren Abschnitt dreidimensional gekrümmt und im äußeren Abschnitt im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet ist.
Die Laufräder von Radialpumpen, wie sie etwa als Kühlwasserpumpen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sind überwiegend als sogenannte geschlossene zweidimensionale Laufräder ausgebildet. Dies bedeutet, dass Schaufeln zwischen zwei Deckscheiben eingeschlossen sind, wodurch sich innerhalb des Laufrades geschlossene Strömungskanäle ausbilden. Solche geschlossenen Laufräder ermöglichen die Erzielung von guten Pumpenwirkungsgraden. Nachteilig ist jedoch, dass die Herstellung solcher Laufräder aufwändig ist. Eine solche Herstellung kann beispielsweise in zweiteiliger Form dadurch erfolgen, dass einerseits eine Deckscheibe mit daran angeformten Schaufeln und andererseits die andere Deckscheibe getrennt voneinander hergestellt werden und zum endgültigen Laufrad verbunden werden. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der US 2,710,580 A gezeigt. Es ist aber auch möglich, ein solches Laufrad einstückig in einem Gießverfahren herzustellen, wobei jedoch dabei eine aufwändige mehrteilige Gießform erforderlich ist, die mit einer Mehrzahl von Schiebern ausgestattet ist, die die Fließkanäle ausformen. Die lediglich zweidimensional gekrümmten Schaufeln ermöglichen allerdings nur einen begrenzten Wirkungsgrad.
Um die Herstellung eines solchen Laufrades einfach und kostengünstig gestalten zu können, ist es wünschenswert ein Laufrad zu entwerfen, das mit einer einfachen zweiteiligen Gießform hergestellt werden kann. Die DE 40 40 200 A zeigt eine solche Lösung, bei der das Laufrad eine druckseitige Deckscheibe und eine saugseitige Deckscheibe aufweist, zwischen denen die Schaufeln angeordnet sind, wobei die saugseitige Deckscheibe eine zentrale Öffnung aufweist. Zwischen den Deckscheiben sind die Schaufeln angeordnet, wobei die saugseitige Deckscheibe eine zentrale Öffnung aufweist, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der druckseitigen Deckscheibe. Sofern die Schaufeln ohne Hinterschneidungen ausgebildet sind, kann ein solches Laufrad in einer zweiteiligen Form hergestellt werden, da die Entformung problemlos möglich ist. Nachteilig bei einem solchen Laufrad ist jedoch, dass der Wirkungsgrad aufgrund der zwingenden geometrischen Bedingungen relativ bescheiden und wesentlich geringer als bei geschlossenen zweidimensionalen Laufrädern ist.
Des weiteren ist es bekannt, durch den Einsatz von dreidimensional gekrümmten Schaufeln den Pumpenwirkungsgrad von Radialpumpen oder Axialpumpen verbessern zu können. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der DE 100 50 108 A beschrieben. Die Herstellung solcher Laufräder ist jedoch äußerst schwierig und aus kosten- und prozesstechnischen Gründen für den Einsatz in der Massenproduktion nicht geeignet. Die DE 197 42 023 A offenbart ein aus mehreren Segmenten zusammengesetztes Laufrad, bei dem die einzelnen Teile zwar leicht herstellbar sind, das jedoch insgesamt komplex und entsprechend aufwändig ist. Ein weiteres Laufrad mit insgesamt dreidimensional gekrümmten Schaufeln ist in der JP 59-165895 A beschrieben. Auch hier ist die Herstellung entsprechend aufwändig.
Die DE 197 42 023 A offenbart ein Laufrad für eine Pumpe mit räumlich gekrümmten Schaufeln, die zur vereinfachten Herstellung aus mehreren radialen Segmenten zusammengesetzt ist. Zusätzlich dazu wird eine Deckscheibe aufgesetzt, so dass ein geschlossenes Laufrad entsteht. Die obigen Ausführungen gelten sinngemäß.
In der EP 1 552 161 Bl ist ein Laufrad für eine Pumpe beschrieben, welches eine saugseitige Deckscheibe mit einer zentralen Öffnung zum Ansaugen eines Fördermediums und mindestens eine mit der saugseitigen Deckscheibe einstückig verbundene Schaufel aufweist. Im inneren Abschnitt im Bereich einer zentralen Öffnung der saugseitigen Deckscheibe sind die Schaufeln dreidimensional gekrümmt und im äußeren Abschnitt im Bereich der saugseitigen Deckscheibe zweidimensional gekrümmt. Dadurch kann das Laufrad leicht hergestellt werden und ein für ein offenes Laufrad hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Da das Laufrad druckseitig offen ausgebildet ist, kann es durch Verwirbelung zu entscheidenden Verlusten kommen, insbesondere wenn zwischen Laufradwelle und dem Gehäuse druckseitig ein ringförmiger Totraum im Pumpengehäuse ausgebildet ist.
Aus der DE 38 39 190 Cl ist ein aus mehreren Einzelteilen zusammengesetztes Laufrad für Strömungsmaschinen bekannt, dessen Schaufeln mit Hilfe eines Ringelementes oder an den einzelnen Schaufeln angebrachten Ringelementteilen direkt im stirnseitigen Bereich einer Laufradnarbe festgelegt werden. Das Laufrad weist eine saugseitige Deckscheibe und eine druckseitige Deckscheibe auf. Die WO 89/02538 Al beschreibt ein aus mehreren Blechteilen zusammengesetztes Kreiselpumpenlaufrad. Zur Erzielung einer steifen Konstruktion sind die energieübertragenden Schaufeln ausschließlich an einer kräfteübertragenden Deckscheibe befestigt. Den Eintrittsbereich des Laufrades bildet ein Saugmund, welcher als Einzelteil ausgebildet ist, die Schaufel anfange überdeckt und an diesen befestigt ist. Eine die Schaufelkanäle abdeckende schaufellose Deckscheibe ist zwischen dem Laufradaustritt und dem maximalen Durchmesser des Saugmundes an den Schaufeln befestigt.
Aus der EP 0 284 246 Al ist ein mehrteiliges Kreiselpumpenlaufrad bekannt, welches Laufschaufeln mit einer druckseitigen Deckscheibe und einer saugseitigen Deckscheibe aufweist, wobei die saugseitige Deckscheibe als einzelnes Teil ausgebildet und mit dem Laufrad verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einfacher Herstellbarkeit des Laufrades eine Verbesserung des Wirkungsgrades im Vergleich zu bekannten Laufradausführungen zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Laufrad eine druckseitige Deckscheibe aufweist, welche als separater Teil ausgebildet und fest mit dem Laufradkörper drehverbunden ist und dass die druckseitige Deckscheibe auf der der Schaufel zugewandten Seite zumindest eine entsprechend der Stirnfläche und dem Profil der Schaufel geformte nutartige Vertiefung für die Schaufel zur formschlüssigen Verbindung mit dieser aufweist. Dadurch kann das Laufrad mit zwei- und dreidimensional wirkungsgradoptimal geformten Laufschaufeln auf einfache Weise hergestellt werden, wobei durch die druckseitige Abdeckung des Laufrades Strömungsverluste zu Folge Verwirbelungen vermieden werden. Das erfindungsgemäße Laufrad vereinigt somit die Vorteile von halboffenen Laufrädern mit dreidimensional gekrümmten Schaufeln mit geschlossenen Laufrädern. Durch die halboffene Bauweise des Laufrades lassen sich dreidimensional gekrümmte Laufschaufelstrukturen auch in der Massenfertigung problemlos herstellen. Danach wird das Laufrad mit der druckseitigen Deckscheibe drehfest verbunden, so dass geschlossene, räumlich gekrümmte Strömungskanäle im Laufrad entstehen.
Durch die Vertiefungen wird mit einfachen Mitteln eine drehsichere Verbindung zwischen den beiden Teilen des Laufrades ermöglicht.
Bei Pumpen, bei denen zwischen Laufradwelle und Pumpengehäuse auf der Druckseite des Laufrades ein ringförmiger Totraum ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser der druckseitigen Deckscheibe mindestens den Durchmesser eines angrenzenden Ringraumes entspricht, welcher zwischen Laufradwelle und Gehäuse gebildet ist. Wird der Ringraum durch eine Wellendichtung seitlich begrenzt, so kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der druckseitigen Deckscheibe im Wesentlichen dem Durchmesser einer den Ringraum begrenzenden Wellendichtung entspricht.
Eine herstellungsmäßig besonders einfache Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die druckseitige Deckscheibe plan ausgeführt ist.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad lässt sich dagegen erzielen, wenn die druckseitige Deckscheibe auf der den Laufschaufeln zugewandten Seite konkav gekrümmt ausgeführt ist. Um Gewicht und Herstellungskosten des Laufrades möglichst gering zu halten, entspricht die Wandstärke der druckseitigen Deckscheibe etwa der Wandstärke der saugseitigen Deckscheibe.
Ausgangsseitige Druckverluste können möglichst klein gehalten werden, wenn der Durchmesser der druckseitigen Deckscheibe im Wesentlichen dem Durchmesser der saugseitigen Deckscheibe entspricht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Strömungsfläche der druckseitigen Deckscheibe verlaufend mit der Seitenfläche der ausgangsseitigen Druckspirale ausgebildet ist.
Wenn die Schaufeln im inneren Abschnitt frei von Überdeckungen und Hinter- schneidungen sind, das heißt, wenn die Hinterkante einer Schaufel in axialer Betrachtung vor der Vorderkante der nächsten Schaufel liegt, dann kann das Laufrad in einer zweiteiligen Form hergestellt werden und durch einfache translatorische Bewegungen der beiden Formhälften entformt werden.
Auf diese Weise kann das Laufrad in einfacher Weise, beispielsweise in einem Druckgussverfahren oder auch in einem Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, Stahlguss oder Graugussverfahren einzusetzen. Unter Umständen können auch Blechumformtechniken eingesetzt werden.
Besonders günstig zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist, wenn an der Deckscheibe im Bereich der Öffnung ein axialer Vorsprung vorgesehen ist, der in Richtung der Saugseite vorragt. Auf diese Weise ist es möglich, den strömungstechnisch besonders kritischen Einlaufbereich optimal auszubilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante;
Fig. 2 eine Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante; Fig. 3 das Laufrad aus Fig. 2 in einer saugseitigen Schrägansicht;
Fig. 4 das Laufrad in einer druckseitigen Schrägansicht;
Fig. 5 eine Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in einem Längsschnitt in einer dritten Ausführungsvariante;
Fig. 6 das Laufrad in einer saugseitigen Schrägansicht;
Fig. 7 das Laufrad in einer druckseitigen Schrägansicht;
Fig. 8 eine Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in einem Längsschnitt in einer vierten Ausführungsvariante;
Fig. 9 das Laufrad aus Fig. 8 in einer saugseitigen Schrägansicht;
Fig. 10 eine Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in einem Längsschnitt in einer fünften Ausführungsvariante;
Fig. 11 das Laufrad aus Fig. 10 in einer druckseitigen Schrägansicht; und
Fig. 12 das Laufrad in einer Explosionsdarstellung.
Die in den Figuren dargestellten Radialpumpen bestehen jeweils aus einem nur teilweise dargestellten Gehäuse 1, mit einem Lagerteil 2 und einer Gehäuseaußenwand 23. Durch ein nur schematisch dargestelltes Lager 3 ist eine Pumpenwelle 4 gelagert, an deren einem Ende ein Laufrad 5 befestigt ist. An der Gehäusewand 23 ist ein Pumpendeckel 7 befestigt, der den Saugraum 8 der Pumpe umschließt. In Radialrichtung außerhalb des Laufrades 5 ist der Druckraum 9 der Pumpe angeordnet. Eine beispielsweise als Gleitringdichtung ausgeführte Wellendichtung 10 dichtet Saugraum 8 und Druckraum 9 gegenüber dem Lagerteil 2 ab.
Das Laufrad 5 weist einen Laufradkörper 5a mit einer Nabe 11 auf, die mit der Laufradwelle 4 drehfest verbunden ist. Vom äußeren Umfang der Nabe 11 gehen Schaufeln 13 aus, die zur Förderung des Fördermediums ausgebildet sind. Die Schaufeln 13 sind einstückig mit einer saugseitigen Deckscheibe 14 verbunden, die eine zentralen Öffnung 15 aufweist, durch die Fördermedium angesaugt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der an sich halboffen ausgeführte Laufradkörper 5a mit einer druckseitigen Deckscheibe 24 drehfest verbunden. Die druckseitige Deckscheibe 24 kann dabei mittels eines Presssitzes mit dem Laufradkörper 5a verbunden sein. Die Wandstärke Si der druckseitigen Deckscheibe 24 entspricht dabei etwa der Wandstärke S2 der saugseitigen Deckscheibe 14. Die Größe und die Form der druckseitigen Deckscheibe 24 ist in den in den Fig. 1 bis Fig. 11 dargestellten Ausführungsvarianten unterschiedlich.
Die Schaufeln 13 besitzen einen inneren Abschnitt 13a im Bereich der Öffnung 15 und einen äußeren Abschnitt 13b im Bereich der saugseitigen Deckscheibe 14. Der Durchmesser d der Öffnung 15 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa die Hälfte des Durchmessers D des Laufrades 5.
Der innere Abschnitt 13a der Schaufeln 13 ist schneckenförmig gekrümmt, jedoch in axiale Richtung frei von Überlappungen oder Überschneidungen, um eine einfache Entformbarkeit sicherzustellen. Im äußeren Abschnitt 13b besitzen die Schaufeln 13, abgesehen von eventuellen Gussschrägen, einen rechteckigen Querschnitt, der rechtwinkelig auf die saugseitige Deckscheibe 14 steht, um auch hier eine einfache Entformbarkeit zu sichern.
Eine konvexe Oberfläche 16 der Schaufeln 13 erstreckt sich glattflächig vom inneren Abschnitt 13a zum äußeren Abschnitt 13b. Der konvexen Oberfläche 16 gegenüberliegend ist eine konkave Oberfläche 17 ausgebildet. In der konkaven Oberfläche 17 ist vom inneren Abschnitt 13a zum äußeren Abschnitt 13b eine Kante 18 ausgebildet, die gusstechnisch erforderlich ist. Die saugseitige Deckscheibe 14 ist im Übergang zur Öffnung 15 bei 20 verrundet, um eine optimale Strömungsumlenkung zu erreichen. Ein axialer Vorsprung 21 im Bereich der Öffnung 15 ermöglicht eine mögliche Strömungsoptimierung. Im äußeren Abschnitt 13b weisen die Schaufeln 13 an der Druckseite eine Stirnfläche 22 auf, die - zumindest teilweise - die Auflage für die druckseitige Deckscheibe 24 bildet. Die Stirnfläche 22 kann in einer zur Achse 5' des Laufrades 5 senkrechten Ebene liegen (Fig. 1, sowie Fig. 5 bis Fig. 7) oder zur druckseitigen Deckscheibe 24 hin konvex gekrümmt sein.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung, bei der der Durchmesser di der druckseitigen Deckscheibe 24 im Wesentlichen dem Durchmesser der Wellendichtung 10 entspricht, welche in einem zwischen der Laufradwelle 4 und dem Gehäuse 2 aufgespannten Ringraum 25 angeordnet ist. Durch die druckseitige Deckscheibe 24 werden Ver- wirbelungen im Ringraum 25 durch das Laufrad 5 vermieden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die druckseitige Deckscheibe 24 leicht bombiert und zur Bildung von Strömungskanälen an der den Schaufeln 13 zugewandten Seite 24a leicht konkav ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, die Strömungsverluste zu senken.
Die Fig. 5 bis Fig. 11 zeigen Ausführungen, bei denen der Durchmesser di der druckseitigen Deckscheibe 24 etwa gleich ist wie der Durchmesser d2 der saugseitigen Deckscheibe 14. Die druckseitige Deckscheibe 24 weist dabei einen we- sentlich größeren Durchmesser auf als der Ringraum 25. Dadurch können Strömungsverluste in Folge von Verwirbelungen und Ablösungen auf der Druckseite des Laufrades 5 weiter vermindert werden.
Während in Fig. 5 die druckseitige Deckscheibe 24 plan ausgebildet ist, ist auch in den Fig. 8 und Fig. 10 die druckseitige Deckscheibe 24 auf der dem Laufrad zugewandten Seite konkav entsprechend den Strömungskanälen des Laufrades 5 geformt, um Strömungsablösungen innerhalb des Laufrades 5 zu vermeiden.
Wie aus den Fig. 10 und Fig. 12 ersichtlich ist, weist die druckseitige Deckscheibe 24 an der den Schaufeln 13 zugewandten Seite 24a entsprechend den Stirnflächen 22 der Schaufeln 13 geformte Vertiefungen 26 auf. Beim Zusammenbau des Laufrades 5 und der druckseitigen Deckscheibe 24 kommen die Stirnseiten 22 der Schaufeln 13 in den Vertiefungen 26 der druckseitigen Deckscheibe 24 zu liegen, wodurch eine formschlüssige Drehverbindung des Laufrades 5 und der druckseitigen Deckscheibe 24 hergestellt wird, wobei Laufrad 5 und die druckseitige Deckscheibe 24 durch eine Pressverbindung miteinander verbunden sein können. Es ist auch möglich, den Laufradkörper 5a und die druckseitige Deckscheibe 24 durch eine reib- und formschlüssige Verbindung und beide Teile über eine nicht weiter dargestellte Schraubverbindung auf der Laufradwelle 4 zu fixieren.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Laufrad 5 können Pumpen mit äußerst hohem Wirkungsgrad kostengünstig hergestellt werden, der den Wirkungsgrad von Pumpen mit geschlossenen Laufrädern mit zweidimensionalen Schaufeln übertrifft. Dabei ist das Laufrad 5 aufgrund seiner einfachen Entform barkeit gusstechnisch sehr leicht herzustellen. Überdies hat ein solches Laufrad 5 hervorragende Kavitationseigenschaften.
Aufgrund der druckseitigen Deckscheibe eignet sich das erfindungsgemäße Laufrad 5 vorzüglich zum Umbau und zur Aufrüstung von Pumpen mit relativ großem Ringraum 25, ohne dass das Pumpengehäuse 2 getauscht oder verändert werden muss.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Laufrad (5) für eine Pumpe, insbesondere für eine Kühlwasserpumpe einer Brennkraftmaschine, mit einem Laufradkörper (5a) mit einer Nabe (11), einer saugseitigen Deckscheibe (14) mit einer zentralen Öffnung (15) zum Ansaugen eines Fördermediums und mit mindestens einer Schaufel (13), die mit der saugseitigen Deckscheibe (14) einstückig verbunden ist und die einen inneren Abschnitt (13a) im Bereich der zentralen Öffnung (15) und einen äußeren Abschnitt (13b) im Bereich der saugseitigen Deckscheibe (14) aufweist, wobei die Schaufel (13) im inneren Abschnitt (13a) dreidimensional gekrümmt und im äußeren Abschnitt (13b) im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (5) eine druckseitige Deckscheibe (24) aufweist, welche als separater Teil ausgebildet und fest mit dem Laufradkörper (5a) drehverbunden ist und dass die druckseitige Deckscheibe (24) auf der der Schaufel (13) zugewandten Seite (24a) zumindest eine entsprechend der Stirnfläche (22) und dem Profil der Schaufel (13) geformte nutartige Vertiefung (26) für die Schaufel (13) zur formschlüssigen Verbindung mit dieser aufweist.
2. Laufrad (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der druckseitigen Deckscheibe (24) mindestens dem Durchmesser eines angrenzenden Ringraumes (25) entspricht, welcher zwischen Laufradwelle (4) und Gehäuse (1) gebildet ist.
3. Laufrad (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (di) der druckseitigen Deckscheibe (24) im Wesentlichen dem Durchmesser einer den Ringraum (25) begrenzenden Wellendichtung (10) entspricht.
4. Laufrad (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (di) der druckseitigen Deckscheibe (24) im Wesentlichen dem Durchmesser (d2) der saugseitigen Deckscheibe (14) entspricht.
5. Laufrad (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitige Deckscheibe (24) plan ausgeführt ist.
6. Laufrad (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitige Deckscheibe (24) auf der der Schaufel (13) zugewandten Seite (24a) konkav gekrümmt ausgeführt ist.
7. Laufrad (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel (13) frei von Überdeckungen und Hinterschneidungen ist.
8. Laufrad (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel (13) im Bereich der saugseitigen Deckscheibe (14) zweidimensional gekrümmt und rechtwinkelig zur Ebene der saugseitigen Deckscheibe (14) ist.
9. Laufrad (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (Si) der druckseitigen Deckscheibe (24) im Wesentlichen der Wandstärke (s2) der saugseitigen Deckscheibe (24) entspricht.
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